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正交频分复用(OFDM)是一种新型高效的多载波调制技术,其主要思想是将高速串行数据流经串并转换后分配到频域内多个正交低速子载波上传输,可以有效地抑制码间串扰(ISI)。同时子载波在频域有重叠,可以大大提高频谱利用效率。这种技术被广泛应用于各种数字通信系统中。
然而要想完全实现OFDM技术所带来的性能的提高,需要相关关键技术的实现,信道估计就是其中之一。信道估计是进行相关检测、解调、均衡的基础。OFDM多载波通信系统的出现,为信道估计技术的应用提供了新的空间。信道估计的基本方法可以分为基于导频的信道估计、盲信道估计和半盲信道估计。盲信道估计可以使系统的传输效率大为提高,但该算法一般收敛很慢,阻碍了在实际系统中的应用。由于实际应用系统要求的传输速率较高,并且需要使用相干检测技术获得较高的性能,为获得较好的估计效果,通常使用基于导频的信道估计。
导频信号是放置在传输数据中的特殊信号,它的取值和位置都是已知的。接收机将经过信道衰落后的导频信号与原始的导频信号相比较,就可得到导频信号所在的时刻和子载波上的信道衰落。采用基于MMSE的二维维纳滤波器来完成内插滤波可获得任意点的信道衰落。
导频的选择与插入是实现基于导频信道估计的基础。在没有噪声的条件下,OFDM系统N个子载波中任意L个作为导频使用,可以完整地恢复信道信息(N是指OFDM系统中所有的子载波数,L是指在信道中传输符号的长度)。在噪声为加性高斯白噪声(AWGN)条件下,当L个导频的位置均匀排列,在内插时噪声对性能的影响是最小的,这样可获得信道信息的精确估讨。然而,在实际的无线通信系统中,不仅有噪声的存在,还有多径所导致的衰落的影响。一般情况下多径所导致的衰落可以用瑞利衰落或双线性瑞利衰落模型来近似。在设计导频图样时,针对加性高斯白噪声,要使导频分布趋于均匀分布;针对瑞利衰落,要使导频点所获得的信息能最大程度提高对信号点信道衰落的估计的精度。在既有加性高斯噪声又有瑞利衰落的典型信道中,导频图样的设计对信道估计的准确度乃至整个系统的性能都有很大的影响。最优导频图样的设计,实质上是在系统的有效性给定的情况下,寻求其最大的可靠性。
本文主要研究了导频图样设计的问题。首先构建了OFDM系统的信道模型,其次分析了信道估计的常用算法,然后比较了各种常用导频图样下的系统性能,最后通过理论推导给出导频所占比例一定下最优性能,用计算机仿真验证了最优导频排列方式与信道参数之间的关系。